Transformadores de Puesta a Tierra: Propósito, Tipos y Aplicaciones en Sistemas de Potencia
¿Qué es un Transformador de Puesta a Tierra?
Un transformador de puesta a tierra (o transformador de conexión a tierra) proporciona un camino de baja impedancia a tierra para corriente de secuencia cero (falla a tierra) en sistemas de potencia que carecen de un neutro natural—principalmente sistemas conectados en triángulo o estrella no conectada a tierra.
Por Qué se Necesita: El Problema del Neutro
- Los devanados triángulo no tienen punto neutro
- Estrella no conectada a tierra: el neutro existe pero flota → sobrevoltajes transitorios (5–6×) durante fallas a tierra
- El transformador de puesta a tierra crea un neutro artificial para puesta a tierra
Funciones Principales
- Camino de corriente de falla a tierra: Permite detección/coordinación de relés de tierra (50N/51N, 67N)
- Estabilización de voltaje: Limita sobrevoltajes transitorios durante fallas a tierra por arco
- Referencia de neutro: Permite cargas fase-neutro (iluminación, 120V) en sistemas triángulo
- Filtrado de armónicos: Devanado zigzag atrapa armónicos triplen (3ra, 9na, 15ma)
Tipos de Transformadores de Puesta a Tierra
| Tipo | Construcción | Impedancia de Secuencia Cero | Aplicaciones |
|---|---|---|---|
| Zigzag (Zn) | 6 devanados en 3 núcleos, interconectados | Baja (1–10Ω) | El más común para puesta a tierra sólida/resistencia |
| Estrella-Triángulo (YNd) | Primario estrella (neutro fuera), secundario triángulo | Baja (triángulo atrapa secuencia cero) | Cuando se necesita LV triángulo para aislamiento de armónicos |
| Estrella-Estrella (YNyn) con Terciario Triángulo | 3 devanados: YN / YN / Triángulo | Baja vía terciario | Subestaciones que necesitan 3 niveles de voltaje |
| Puesta a Tierra por Resistencia | Zigzag + resistencia de neutro | RN (5–400A) | Corriente de falla limitada (HRG, LRG) |
| Puesta a Tierra por Reactancia | Zigzag + reactor de neutro | XN (ajustado) | Control de sobrevoltaje transitorio (Bobina de Petersen) |
Dimensionamiento y Calificación
- Calificación continua: Típicamente 3–10% del MVA del sistema (solo lleva corriente desbalanceada/3er armónico)
- Calificación de corto tiempo: Debe soportar máxima corriente de falla a tierra por tiempo del relé (1–10s)
- Impedancia: Seleccionada para limitar corriente de falla al nivel deseado (p. ej., 5A, 10A, 400A)
- Clase de voltaje: Coincide con voltaje L-L del sistema (p. ej., 13.8kV, 25kV, 34.5kV)
Aplicaciones Típicas
- Plantas industriales (distribución triángulo): 4.16kV/13.8kV triángulo → zigzag para referencia de tierra
- Parques eólicos/solares: Salida de inversor (triángulo) → transformador de puesta a tierra → sistema colector
- Potencia auxiliar de subestación: Terciario triángulo → zigzag para neutro de servicio de estación
- Retrofit de sistemas no conectados a tierra: Convertir no conectado → alta resistencia conectado a tierra (HRG)
- Generadores móviles: Proporcionar neutro para cargas 120/208V
Coordinación de Protección
- 50N/51N (Sobrecorriente de tierra): CT en neutro del transformador de puesta a tierra
- 59N (Desplazamiento de voltaje de neutro): Detecta falla a tierra mediante desplazamiento de neutro
- 67N (Tierra direccional): Coordinación selectiva en alimentadores
- 27/59 (Bajo/sobrevoltaje): En secundario estrella para protección de carga
Ventajas Clave sobre Alternativas
| Método | Pros | Contras |
|---|---|---|
| Transformador de puesta a tierra | Z₀ bajo, atrapamiento de armónicos, servicio de carga | Costo, espacio, pérdidas |
| Triángulo con esquina a tierra | Simple, barato | V-tierra desbalanceado, problemas de seguridad |
| No conectado a tierra | Sin disparo en 1ra falla a tierra | Sobrevoltajes transitorios, difícil localizar falla |
| Neutro artificial (3 resistencias) | Barato | Sin atrapamiento de armónicos, corriente de falla limitada |
Resumen
Los transformadores de puesta a tierra son esenciales para sistemas triángulo y no conectados a tierra que requieren una referencia de tierra. La conexión zigzag es preferida por su baja impedancia de secuencia cero, supresión de armónicos triplen y compacidad. El dimensionamiento se centra en el deber de falla de corto tiempo, no en carga continua. La aplicación adecuada habilita protección sensible de falla a tierra, limita sobrevoltajes transitorios y permite carga fase-neutro—crítico para integración industrial y renovable moderna.
- ·Recambios Secador Vidal Sassoon VS-540: Dónde Encontrarlos
- ·Respiraderos de Transformador: Cómo Mantienen la Humedad Fuera Mientras Dejan Respirar el Tanque
- ·Aspiradora para mascotas vs. aspiradora normal: ¿merece la pena la especial?
- ·¿La aspiradora ha perdido succión? Revisa esto primero
- ·Conducto secadora: ¿Se puede usar conducto flexible? Normativa y buenas prácticas
- ·Orinales Lavasecos Automáticos: Productos Reales para Entornos de Cuidados
- ·¿Por qué odian los perros las aspiradoras? + Consejos para que la acepten
- ·El cepillo rotatorio de la aspiradora Shark Rotator no funciona: solucionado
- Por qué tu aspiradora se apaga sola: causas y soluciones
- ¿Qué fluido se puede agregar a un transformador Wecosol? Ninguno — es un peligro de PCB que requiere un especialista
- ¿Por Qué Usar Diferentes Velocidades de Obturación? Guía Creativa y Técnica
- Así friega Neatsvor con la función de fregona
- Instrucción MOV A, M del Microprocesador 8085: Mover Memoria al Acumulador
- Transformadores de distribución vecinal: El último paso de reducción de voltaje